Silīcija karbīds (SiC)materiāla priekšrocības ir plaša joslas sprauga, augsta siltumvadītspēja, augsta kritiskā sadalījuma lauka intensitāte un augsts piesātināto elektronu novirzes ātrums, padarot to ļoti daudzsološu pusvadītāju ražošanas jomā. SiC monokristālus parasti ražo, izmantojot fizisko tvaiku transportēšanas (PVT) metodi. Šīs metodes īpašie soļi ietver SiC pulvera ievietošanu grafīta tīģeļa apakšā un SiC sēklu kristāla ievietošanu tīģeļa augšpusē. Grafītstīģelistiek uzkarsēts līdz SiC sublimācijas temperatūrai, izraisot SiC pulvera sadalīšanos tvaika fāzes vielās, piemēram, Si tvaikos, Si2C un SiC2. Aksiālā temperatūras gradienta ietekmē šīs iztvaicētās vielas sublimējas līdz tīģeļa augšdaļai un kondensējas uz SiC sēklu kristāla virsmas, kristalizējoties SiC monokristālos.
Pašlaik izmantotā sēklu kristāla diametrsSiC monokristālu augšanajāatbilst mērķa kristāla diametram. Augšanas laikā sēklu kristāls tiek fiksēts uz sēklu turētāja tīģeļa augšpusē, izmantojot līmi. Tomēr šī sēklu kristāla nostiprināšanas metode var radīt problēmas, piemēram, tukšumus līmējošā slānī tādu faktoru dēļ kā sēklu turētāja virsmas precizitāte un līmējošā pārklājuma viendabīgums, kā rezultātā var rasties sešstūra tukšuma defekti. Tie ietver grafīta plāksnes līdzenuma uzlabošanu, līmējošā slāņa biezuma viendabīguma palielināšanu un elastīga bufera slāņa pievienošanu. Neskatoties uz šiem centieniem, joprojām pastāv problēmas ar līmējošā slāņa blīvumu, un pastāv sēklu kristāla atdalīšanās risks. Pieņemot savienošanas metodivafeleuz grafīta papīra un pārklājot to tīģeļa augšpusē, var uzlabot līmējošā slāņa blīvumu un novērst vafeles atdalīšanu.
1. Eksperimentālā shēma:
Eksperimentā izmantotās vafeles ir komerciāli pieejamas6 collu N-veida SiC vafeles. Fotorezists tiek uzklāts, izmantojot centrifūgas pārklājumu. Adhēzija tiek panākta, izmantojot pašu izstrādātu sēklu karstās presēšanas krāsni.
1.1 Sēklu kristāla fiksācijas shēma:
Pašlaik SiC sēklu kristālu adhēzijas shēmas var iedalīt divās kategorijās: līmes veids un suspensijas veids.
Līmes tipa shēma (1. attēls): tā ietver līmēšanas līmēšanuSiC vafeleuz grafīta plāksni ar grafīta papīra slāni kā bufera slāni, lai novērstu spraugas starpSiC vafeleun grafīta plāksne. Faktiskajā ražošanā savienojuma stiprība starp grafīta papīru un grafīta plāksni ir vāja, izraisot biežu sēklu kristālu atdalīšanu augšanas procesā augstā temperatūrā, izraisot augšanas traucējumus.
Suspensijas tipa shēma (2. attēls): Parasti uz SiC vafeles savienojošās virsmas tiek izveidota blīva oglekļa plēve, izmantojot līmes karbonizācijas vai pārklāšanas metodes. TheSiC vafelepēc tam tiek iespīlēts starp divām grafīta plāksnēm un novietots grafīta tīģeļa augšpusē, nodrošinot stabilitāti, kamēr oglekļa plēve aizsargā vafeles. Tomēr oglekļa plēves izveidošana, izmantojot pārklājumu, ir dārga un nav piemērota rūpnieciskai ražošanai. Līmes karbonizācijas metode nodrošina nekonsekventu oglekļa plēves kvalitāti, apgrūtinot perfekti blīvas oglekļa plēves ar spēcīgu adhēziju iegūšanu. Turklāt grafīta plākšņu nostiprināšana samazina vafeles efektīvo augšanas laukumu, bloķējot daļu no tās virsmas.
Pamatojoties uz divām iepriekš minētajām shēmām, tiek piedāvāta jauna līmēšanas un pārklāšanās shēma (3. attēls):
Ar līmes karbonizācijas metodi uz SiC vafeles savienojošās virsmas tiek izveidota salīdzinoši blīva oglekļa plēve, nodrošinot, ka apgaismojumā nav lielas gaismas noplūdes.
SiC vafele, kas pārklāta ar oglekļa plēvi, ir savienota ar grafīta papīru, un līmēšanas virsma ir oglekļa plēves puse. Līmējošajam slānim gaismā jābūt vienmērīgi melnam.
Grafīta papīrs ir nostiprināts ar grafīta plāksnēm un novietots virs grafīta tīģeļa kristāla augšanai.
1.2 Līme:
Fotorezista viskozitāte būtiski ietekmē plēves biezuma viendabīgumu. Ar tādu pašu centrifūgas ātrumu zemāka viskozitāte rada plānākas un viendabīgākas līmplēves. Tāpēc pielietojuma prasībām tiek izvēlēts zemas viskozitātes fotorezists.
Eksperimenta laikā tika konstatēts, ka karbonizējošās līmvielas viskozitāte ietekmē savienojuma stiprību starp oglekļa plēvi un plāksnīti. Augsta viskozitāte apgrūtina vienmērīgu uzklāšanu, izmantojot vērpšanas pārklājumu, savukārt zema viskozitāte rada vāju savienojuma stiprību, kas izraisa oglekļa plēves plaisāšanu turpmākajos līmēšanas procesos līmes plūsmas un ārējā spiediena dēļ. Izmantojot eksperimentālos pētījumus, karbonizējošās līmvielas viskozitāte tika noteikta 100 mPa·s, bet līmējošās līmes viskozitāte tika iestatīta uz 25 mPa·s.
1.3. Darba vakuums:
Oglekļa plēves izveidošanas process uz SiC vafeles ietver līmējošā slāņa karbonizāciju uz SiC vafeles virsmas, kas jāveic vakuumā vai argonu aizsargātā vidē. Eksperimentu rezultāti liecina, ka argonu aizsargāta vide ir labvēlīgāka oglekļa plēves veidošanai nekā augsta vakuuma vide. Ja tiek izmantota vakuuma vide, vakuuma līmenim jābūt ≤1 Pa.
SiC sēklu kristāla savienošanas process ietver SiC vafeles savienošanu ar grafīta plāksni/grafīta papīru. Ņemot vērā skābekļa erozīvo ietekmi uz grafīta materiāliem augstās temperatūrās, šis process ir jāveic vakuuma apstākļos. Tika pētīta dažādu vakuuma līmeņu ietekme uz līmes slāni. Eksperimenta rezultāti ir parādīti 1. tabulā. Var redzēt, ka zema vakuuma apstākļos skābekļa molekulas gaisā netiek pilnībā noņemtas, kā rezultātā veidojas nepilnīgi līmes slāņi. Kad vakuuma līmenis ir zem 10 Pa, skābekļa molekulu erozīvā iedarbība uz līmes slāni ievērojami samazinās. Kad vakuuma līmenis ir zem 1 Pa, erozīvā iedarbība tiek pilnībā novērsta.
Publicēšanas laiks: 11. jūnijs 2024